한국화학연구원 김도경·박용기 박사 연구팀은 폐플라스틱 열분해유로 플라스틱 원료인 에틸렌·프로필렌·부틸렌 등 경질 올레핀을 효율적으로 생산하는 공정을 개발했다고 9일 밝혔다.

폐플라스틱 열분해유는 플라스틱 폐기물을 고온에서 분해해 얻는 재생유이다. 최근 온실가스 저감과 탄소중립 실현을 위해 폐플라스틱 재활용에 대한 관심이 커지고 있다. 환경부는 2022년 폐기물관리법 시행규칙을 개정해 폐기물 재활용 유형에 폐플라스틱 열분해유를 추가했고, 산업통상자원부도 7월부터 폐플라스틱 열분해유를 석유화학공정 원료로 허용하기로 했다.

폐플라스틱 열분해유를 나프타 분해 공정의 원료인 나프타 대신 투입해 경질 올레핀을 만들 수 있어 독일 바스프, 사우디아라비아 사빅 등 글로벌 기업을 비롯해 국내 기업에서도 상업화를 시도 중이지만, 효율이 낮다는 한계가 있다. 열분해유에 다량 포함된 올레핀과 불순물을 제거하기 위해 고온·고압의 수소를 사용하는 수소화 공정이 추가로 필요하고, 850도 이상 고온에서만 반응이 가능하다.

연구팀은 앞서 개발한 순환 유동층 반응기 기반 나프타 촉매 분해 기술을 발전시켜 폐플라스틱 열분해유 분해에 특화된 촉매를 개발했다.

순환 유동층 반응기를 통해 촉매 표면에 생기는 찌꺼기를 지속해 제거함으로써 성능 저하 문제를 해결할 수 있다.

연구팀이 개발한 시범 실증시설(파일럿 플랜트) 규모의 촉매와 반응기는 기존 나프타 분해 공정보다 170도 낮은 680도에서도 반응할 수 있다. 경질 올레핀 수율도 44.1%로, 기존 나프타 공정(34.6%)보다 높게 나타났다.

김도경 책임연구원은 "실제 생활계 폐플라스틱을 열분해해 만든 열분해유를 원료로 사용해 파일럿 규모에서 24시간 연속 운전을 검증했다"며 "2030년 실증을 목표로 촉매 공정 규모를 키워나갈 계획"이라고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 '미국 화학회 지속 가능한 화학 및 엔지니어링'(ACS sustainable chemistry & engineering) 지난달 호 표지논문으로 실렸다.